Un equipo de la Universidad Estatal de Pensilvania ha introducido una innovación que podría redefinir la eficiencia energética de los motores de combustión interna. A través de un generador termoeléctrico (TEG), los investigadores han conseguido transformar el calor de los gases de escape en electricidad, lo que representa un avance crucial dado que, actualmente, hasta el 75% de la energía de los motores de combustión se pierde como calor.
El principio de funcionamiento de los TEGs se basa en el efecto termoeléctrico, donde el calor provoca el movimiento de electrones entre áreas con diferente temperatura, generando así electricidad. El dispositivo desarrollado utiliza un material semiconductor llamado bismuto-telururo que optimiza el flujo de electrones, mientras que un heatsink, diseñado con protuberancias en forma de aletas, disipa el calor mediante convección forzada y mejora el rendimiento general del sistema.
En cuanto al rendimiento, el prototipo del TEG logró generar una potencia de hasta 40 Watts en pruebas estáticas, lo suficiente para aplicaciones de baja energía, como cargar dispositivos móviles. En simulaciones realizadas con vehículos a alta velocidad, la salida de potencia aumentó a 56 Watts. Además, pruebas en un sistema de escape de helicóptero alcanzaron una producción de 146 Watts, demostrando el potencial del dispositivo en diferentes tipos de transporte.
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Los investigadores diseñan y prueban un sistema de recuperación de calor residual, ilustrado aquí, que se conecta al tubo de escape de un automóvil y convierte el calor del escape en energía. Las ranuras en forma de abanico en el exterior del tubo son el lado frío del disipador de calor del dispositivo y los componentes triangulares dentro del tubo son intercambiadores de calor de placas y aletas.
Un aspecto destacado es que este sistema puede instalarse en vehículos existentes sin necesidad de añadir complejos sistemas de refrigeración, lo que lo hace viable para su implementación en el mercado automotriz. Además de automóviles, los investigadores afirman que esta tecnología puede aplicarse a motocicletas y vehículos híbridos, donde la disipación de calor podría maximizarse aún más.
La implementación de esta tecnología no solo promete reducir el consumo de combustible, sino también contribuir a la disminución de emisiones contaminantes, incluida la de dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero. Esto es especialmente importante en un contexto donde la eficiencia energética y la sostenibilidad son prioridades globales. Los hallazgos de la investigación han sido detallados en la revista ACS Applied Materials and Interfaces, consolidando su relevancia dentro de la comunidad científica.
Aunque aún se encuentra en fase de desarrollo, este sistema marca un paso significativo hacia la mejora de la eficiencia energética en motores tradicionales de combustión interna. Su potencial para transformar el calor no utilizado en energía activa extiende sus beneficios más allá del transporte, planteando posibilidades para aplicaciones futuras en otros sectores.
Este avance refuerza la necesidad de explorar tecnologías innovadoras capaces de optimizar el uso de recursos energéticos existentes, contribuyendo a reducir nuestra dependencia de energías fósiles y sus impactos medioambientales.
El bismuto-telururo, utilizado en este dispositivo, es uno de los materiales más eficientes para la conversión termoeléctrica y ha sido conocido y estudiado desde los años 50. Sin embargo, su uso práctico ha estado limitado por costos, algo que los avances actuales buscan optimizar.